[发明专利]一种用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块及标校方法

说明书

技术领域

本发明属于生物组织的电阻抗信号检测处理领域，具体涉及一种用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块及测量方法。

背景技术

生物电阻抗断层成像技术是根据人体组织在不同生理、病理状态表达出不同电阻率这一原理，利用电极向人体表施加定量的安全激励信号，同时测量电极上所产生的电位信号，并通过一定的图像重构算法得到能够反映体内阻抗分布情况的图像。电阻抗数据采集系统一般将多个电极平均分布于被测对象体表，当其中一对电极作为正负激励电极时，可通过系统的测量模块来获取电极上的微弱电位信号。采集得到的电位信号首先通过测量模块的调理电路调整为幅度合适的稳定信号，再传入后级电路进行采样处理转换成数字信号并上传到计算机。

由于生物组织的电阻抗特性存在差异，生物电阻抗断层成像技术正是利用采集信号计算得到被测对象体内的阻抗数值并进行成像，从而能够识别出阻抗变化的病变区域(如对颅内出血的检测)，经测量模块调理得到的信号质量直接影响着系统的精度和识别病灶的准确度和敏感度，这对数据采集系统的测量模块标定和校准评估提出了较高的要求。但是，现有的测量装置测量精度低，对结果影响较大。因此，亟需一种具有高精度的信号测量模块，并能够对其进行准确标校的设计方案，以便能对生物电阻抗数据采集系统进行及时的调试和校准，从而确保采集数据的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块及测量方法，该前置测量模块具有高速、性能稳定等优点，通过该模块的标校功能可以显著提高测量电路的稳定性和准确性，以方便对系统进行调试和标定。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块，该前置测量模块由激励通道单元、电极、测量通道单元、AD转换单元及控制单元组成；测量所用的电极分别与其对应的激励通道单元和测量通道单元相连接；其中：

控制单元，用于接收并译码来自计算机和系统主控模块的控制命令，并按照控制命令对激励信号进行频率和幅度的调整以及电路模拟开关的切换；

激励通道单元，用于获取在控制单元受控下系统激励源输出的激励信号；

测量通道单元，根据控制单元的指令将所采集得到的电位信号传输到AD转换单元。

所述测量通道单元包含信号转换电路和增益放大电路。

所述激励通道单元，选用由低噪声高速运算放大器、精密电阻和模拟开关构成的激励信号输入电路作为数据前置测量模块的信号输入级。

所述测量通道单元，选用由运算放大器、程控增益放大器、标准单位增益放大电路、精密阻容网络和模拟开关构成的信号测量通路作为系统所采集信号的调理模块。

所述AD转换单元，选用由高速高精度的模数转换器和其外周电路构成的模数转换电路作为测量模块的后级电路。

前置测量模块中的屏蔽线缆选用由金属网状编织层包裹的双层芯线。

本发明还公开了基于上述的用于电阻抗断层成像数据采集系统的前置测量模块进行标定及校准的方法，包括以下步骤：

1)连接标定通路

将被测电极的激励通道单元与测量通道单元相连接；同时，将系统激励信号输入到对应电极，并设置相应的激励频率和幅度；

2)信号采集及数据信息提取

测量通道单元根据标定模式将模拟开关进行切换，将获取的信号调理后传输到后级电路进行处理；

3)评估程控增益放大电路准确性

将被测电极对应测量通道单元各个程控增益级别下调理得到的电压信号与标准增益放大电路调理所得的电压信号进行对比，计算出各增益级别下的程控增益放大电路的放大准确度：

若某一级别的信号放大准确度能够达到预期阈值，则进行前置测量模块的传输特性测试；若未能达到阈值要求，则结束增益准确性评估过程并提示相应存在问题的电极；

4)评估前置测量模块各通道传输特性

测定测试传输精度、幅值传输特性及相位偏移，并在规定的频率范围内，依次设定激励信号的频率，获取并记录各电极对于的前置测量模块的传输特性数值；

5)对前置测量模块各通道传输频响特性的校准和补偿

分别对各电极所对应的前置测量模块的传输特性进行归一化校正，并获得相应的校准参数，从而对各通道信号的幅值和相位进行补偿。

被测电极所对应前置测量模块增益放大准确度的计算方法采用下式(1)：